مفتول چیست؟

مفتول آهنی یا مفتول فولادی کاربردهای زیادی در صنایع و ساختمان سازی دارد. مصارف صنعتی مفتول به مراتب از مصارف ساختمانی آن بیشتر می باشد. از این رو در این مقاله بیشتر بر بعد صنعتی مفتول متمرکز می شود.

روش تولید مفتول

کارخانجات نورد جهت تولید مفتول، شمش مورد نیاز را در کوره های پیش گرم قرار داده و تا رسیدن به دمای 1200 درجه سانتیگراد حرارت می دهند. پس از اینکه شمش کاملا گداخته شد به صورت مکانیزه به دستگاه های نورد هدایت می شود. تعداد دفعات عبور شمش از دستگاههای نورد به قطر مفتول مورد نیاز بستگی دارد. پس از اینکه مفتول به اندازه ی کافی نورد شد توسط دستگاه های تولید کلاف تبدیل به کویل یا توپی مفتول می گردد.

روش خنک کردن محصول به این صورت می باشد که در ایستگاه اولیه نورد حدود 55 درجه سانتیگراد، در ایستگاه های بعد 92 درجه و در ایستگاه نهایی 55 درجه از دمای آن کاسته می شود. با این شرایط در هنگام رسیدن مفتول به ایستگاه پایانی دمایی حدود 980 درجه سانتگراد دارد. اگر میزان افت دما بیش از میزان ذکر شده باشد مفتول پس از نهایی شدن مرحله تولید بسیار ترد و شکننده خواهد شد.

در فرآیند سرد شدن شمش گداخته در حال تبدیل به مفتول، دمای 727 درجه سانتیگراد را دمای بحرانی می نامند. در این دما کربن در آهن به صورت فاز پرلیتی شکل می گیرد. فاز پرلیت باعث سخت شدن آهن می گردد. سخت شدن مفتول باعث می گردد برای تولید مفتول کششی با مشکل مواجه گردیم.

در صورتی که در مفتول حفره های گازی مشاهده گردد دلیل آن را در حبس گازهایی که در هنگام شکل گیری و انجماد شمش صورت گرفته است می توان یافت. برای این منظور بهتر است شمش را در خلاء تولید می کنند که این کار مخصوصا در کارخانه های مدرن انجام می شود.

از دیگر روش های زدودن حفره های گازی در شمش افزودن آلومینیوم، سیلیسیوم و یا منگنز به مذاب می باشد. این مواد که میل شدیدی به ترکیب با اکسیژن دارند از ایجاد حباب های گازی در مذاب و در نهایت در شمش جلوگیری می کنند.اصطلاح آلومینیوم کیلد یا فولاد نرم شده توسط آلومینیوم از همین فرآیند گرفته شده است.

در صورتی که در فرآیند تولید مفتول پارگی هایی مشاهده گردد، دلیل آن را می توان در ناخالصی های موجود در شمش دانست. این عیب می بایست در هنگام تصفیه فولاد بر طرف شود و بعد از انجماد نمی توان برای آن راهی پیدا نمود. فولاد کثیف به فولادی گفته می شود که ناخالصی های زیادی در هنگام مذاب ریزی داشته باشد. شمش به دست آمده از این مذاب نیز دارای ترک هایی که به صورت چشمی قابل مشاهده هستند می باشد.

مفتول کشش

کارخانجات کشش مفتول در زمره صنایع نهایی و پایین دستی صنعت فولاد قرار می گیرند. کششی که در هنگام تولید مفتول کشش صورت می گیرد هیچ گونه تغییری در درصد عناصر شیمیایی آلیاژ مفتول ایجاد نمی نماید. اما تغییرات در خواص مکانیکی و فیزیکی ایجاد می گردد. عمده ترین تغییرات ایجاد شده در مفتول در هنگام عملیات کشش مفتول به شرح زیر است:

• کاهش سطح مقطع
• افزایش طول
• بالا رفتن استحکام کششی
• بالا رفتن تنش تسلیم
• عملیات کشش مفتول

بعد از عملیات زنگ زدایی و پوسته گیری، مفتول پس از عبور پودر کشش و دوزه وارد دستگاه کشش می شود. بر اساس نیاز یا کیفیت مفتول یا نوع دستگاه یک یا چند کشش متوالی بر روی آن صورت می گیرد. در اینجا تنش های گوناگون و زیادی بر روی مفتول اعمال می گردد. این تنش ها باعث افزایش طول و کاهش سطح مقطع می گردد.

کاهش سطح مقطع بیشتر در مفتول به معنای اعمال تنش بیشتر بر مفتول می باشد و به همین دلیل است که مفتول کشیده شده از مفتول خام سفت تر و دارای چقرمگی بیشتر است. اصولا کار کشش را مانند نوردکاری، چکش کاری و... کارسرد بر روی فلز می نامند و کار سرد باعث سخت شدن فلز و بر هم خوردن آرایش اتمی آن می شود و این علت اصلی سفت شدن مفتول در اثر کشش می باشد.اصولا این سفت شدن در اثر کشش به سه عامل مرتبط می باشد:

1. درصد عناصر شیمیایی موجود در مفتول (خصوصا میزان کربن موجود در آن)
2. سرعت کشش
3. تعداد دفعات انجام عملیات کشش بر روی مفتول

مراحل کشش مفتول

زنگ زدایی

سطح مفتول در حال تولید در کارخانجات نورد به دلیل اینکه حرارت بسیار بالایی دارد قابلیت اکسید شدن و ترکیب با اکسیژن هوا را دارد. اکسید آهن یک لایه سخت و در عین حال شکننده می باشد. از این رو اولین مرحله در عملیات کشش مفتول، زدودن این اکسیدها و زنگ ها از روی مفتول می باشد که به عمیلات زنگ زدایی موسوم است. یکی از دلایلی که حتما عملیات زنگ زدایی می بایست انجام گردد، آسیب رسانی لایه اکسیدی به قالب های کشش مفتول است.عملیات زنگ زدایی در چند مرحله و با روش های مختلفی صورت می گیرد که عمده ترین این روش ها عبارتند از:

• زنگ زدایی مکانیکی
• اسیدشویی
• زنگ زدایی مکانیکی همزمان با برس سیمی
• شات بلاست (با فشار ساچمه)
• بسته به میزان زنگ زدگی می توان از یک یا چند مراحل بالا بهره گرفت.

عملیات روکش

برخی از انواع مفتول را می بایست پس از تولید با استفاده از فلز دیگری روکش نمود. مهم ترین روکش برای مفتول همان فلزِ روی یا Zn می باشد که محصول این روکش کاری تولید مفتول گالوانیزه می باشد. این روکش به صورت کاملا پیوسته می باشد و دو روش مرسوم برای اعمال روکش گالوانیزه عبارتند از روش گالوانیزه گرم و الکتروگالوانیزاسیون (روش سرد). مفتول پس از گالوانیزه شده مقاومت خوبی به زنگ زدگی پیدا می نماید. از دیگر روکش هایی که بر روی مفتول ها اعمال می گردد می توان موارد زیر را نام برد:

• روکش مسوار
• روکش گالوانیزه
• روکش فسفات روی
• عملیات آنیل

مراحلی که در کشش مفتول انجام می گردد، به دلیل اعمال نیرو بر روی کریستالهای مفتول باعث ایجاد بی نظمی شدیدی در کریستالهای فولاد به کار رفته در مفتول می شود. این موضوع به اصطلاح کارسختی نامیده می شود. سختی حاصل از عملیات اعمال نیرو بر روی فولاد در اثر ریز شدن دانه ها و در هم ریختن نظم کریستالهای فولاد است.

اما در متالورژی برای نظم دادن به کریستالهای فولاد راهی وجود دارد که باعث ایجاد نرمی فولاد و یا از بین بردن اثر سختی ایجاد شده در اثر عملیات مکانیکی می گردد. این روش که از طریق حرارت دادن فولاد و نگهداشتن آن در دما و زمان معینی صورت می گیرد عملیات آنیل نام دارد.در نتیجه ی انجام عملیات آنیل، خواص انعطاف پذیری، نرمی، قابلیت ماشین کاری و ضربه خواری بهبود پیدا می نمایند. در صورتیکه عملیات آنیل به درستی انجام نگیرد ممکن است باعث ایجاد عیوبی در مفتول گردد.

یکی از عیوب متداول در اثر اعمال عملیات آنیل سوختن کربن فولاد و یا به اصطلاح دی کربوره شدن آن می باشد. برای این منظور عملیات آنیل را باید با سرعت 50 تا 100 درجه سانتیگراد در ساعت خنک نمود و در زمانی که دمای کوره به 300 درجه سانتیگراد رسید، کوره را از مفتول تخلیه نمود. اختلاف زیاد در دما و سرعت خنک کردن می تواند موجب بروز عیوب گفته شده در مفتول گردد.

دستگاه دوزه کشش مفتول

در پایان این بحث مختصری در خصوص دوزه کشش یکی از بخش های به کار رفته در دستگاه کشش مفتول صحبت می کنیم. پیش از آن یادآوری می کنیم که عملیات کشش مفتول در جهت کاهش قط یا تغییر شکل سطح مقطع مفتول صورت می گیرد. طرای دوزه های کشش بستگی زیادی به نوع و جنس مفتولی که باید توسط آنها کشیده شود دارد.